双边装配线平衡问题的蚁群算法研究

论文摘要

双边装配线在大型复杂机械产品中应用广泛,较单边装配线而言,具有能缩短装配线长度,提高工装、夹具等利用率和工人的工作效率等优点,具有重要的研究意义与实用价值。但双边装配线中任务的操作方位约束与任务优先关系约束,决定其设计复杂度比单边装配线复杂很多。在总结双边装配线的研究现状基础上,分析了目前双边装配线研究的不足之处,并以此制定了本文的几个研究方向。在研究双边装配线问题特征的基础上,提出了双边装配线的数学模型,在此基础上,分别对双边装配线第一类平衡问题、随机型双边装配线第一类平衡问题、双边装配线第二类平衡问题、附带复杂区域约束条件的双边装配线第一类平衡问题进行了深入研究。针对双边装配线第一类平衡问题,本文首先对三种常见的启发式算法进行了分析,三种启发式算法分别采用了不同单一启发式搜索规则。通过对三种启发式算法的分析,下一步研究工作中可借鉴采用优良的启发式规则。针对随机型双边装配线第一类平衡问题,提出了两种综合启发式算法,两种综合启发式算法均通过综合集成不同的启发式规则而成,通过算例分析比较了两种方法的优劣性。提出了一种解决双边装配线第一类平衡问题的一种蚁群算法,算法采用先用蚁群搜索选择任务,后调用启发式分配规则产生双边装配线具体工位分配方案。对于附带复杂区域约束条件的双边装配线第一类平衡问题,本文采用禁忌集合满足区域约束中的排斥性约束,采用优先集合满足区域约束中的相容性约束,并对现有算法进行了对比分析,具有更优的求解性能。为提高算法的实用性,增加了优化结果的甘特图显示模块。对于双边装配线第二类平衡问题,本文同样提出了一种蚁群算法,此算法借鉴了本文所提出的求解含区域约束条件装配线问题蚁群算法的解的构造策略,并采用蚁群整体搜索规划策略对最小节拍时间进行搜索。并通过一个实例,验证了算法的求解性能。最终,通过调研国内某大型汽车厂商的双边装配线,并综合运用本文提出的多种算法,提出了较优的双边装配线的优化设计方案,表明了本文所做工作的实际意义。本文得到了高等学校博士学科点专项科研基金资助课题(200806131014)的资助。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究意义
• 1.2 国内外现状分析
• 1.2.1 装配线平衡问题及总体研究现状概述
• 1.2.2 国内外研究现状
• 1.3 课题研究目标、研究内容、解决的关键问题
• 1.4 采取的研究方法、技术路线
• 1.5 创新性
• 1.6 论文结构和主要内容
• 第2章 双边装配线的概念和数学模型
• 2.1 双边装配线的概念
• 2.1.1 双边装配线问题的定义
• 2.1.2 双边装配线的优点
• 2.2 双边装配线问题的研究复杂性及其分类
• 2.2.1 双边装配线平衡问题的复杂性举例
• 2.2.2 双边装配线问题的分类与研究趋势
• 2.3 双边装配线平衡问题的数学模型
• 2.4 本章小结
• 第3章 第一类双边装配线平衡问题及启发式求解算法
• 3.1 第一类平衡问题启发式求解方法介绍
• 3.2 双边装配线位置权重法
• 3.2.1 位置权重法介绍及算法流程
• 3.2.2 算法的任务选择规则与分配规则
• 3.3 双边装配线基于最早开始时间优先启发式方法
• 3.3.1 算法介绍与算法流程
• 3.3.2 算法的任务选择规则与分配规则
• 3.4 双边装配线基于最大加工时间优先启发式方法
• 3.4.1 算法介绍与算法流程
• 3.4.2 算法的任务选择规则与分配规则
• 3.5 三种启发式算法的算例验证与对比分析
• 3.6 随机双边装配线第一类问题及启发式算法研究
• 3.6.1 随机双边装配线的数学模型
• 3.6.2 随机双边装配线的启发式算法
• 3.6.3 随机双边装配线的算例分析
• 3.6.4 随机双边装配线实例分析
• 3.7 本章小结
• 第4章 求解双边装配线平衡问题的蚁群算法研究
• 4.1 蚁群算法介绍
• 4.2 求解TALBP-I蚁群信息素搜索与任务分配相结合的一种蚁群算法
• 4.2.1 可行解的构造概述
• 4.2.2 改进的信息素搜索规则
• 4.2.3 启发式任务分配规则
• 4.2.4 信息素更新规则
• 4.2.5 甘特图显示模块介绍
• 4.2.6 算例分析
• 4.3 求解带区域约束TALBP-I的一种蚁群算法
• 4.3.1 区域约束介绍
• 4.3.2 算法中可行解解的构造过程
• 4.3.3 算法详细流程
• 4.3.4 算例分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 双边装配线第二类平衡问题的蚁群算法
• 5.1 双边装配线第二类平衡问题简介
• 5.1.1 双边装配线第二类平衡问题介绍
• 5.1.2 双边装配线第二类平衡问题数学模型
• 5.2 第二类平衡问题蚁群算法
• 5.2.1 蚁群算法搜索规则及任务分配规则
• 5.2.2 蚁群算法可行解的构造及信息素更新规则
• 5.2.3 蚁群算法整体搜索规划
• 5.3 实例分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 双边装配线实例分析
• 6.1 实例介绍
• 6.2 问题求解的数据准备
• 6.2.1 作业时间的确定与操作方位分析
• 6.2.3 优先关系约束图的编制与先后约束矩阵的形成
• 6.3 实例问题第一类平衡优化分析
• 6.4 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果